CN101306354A - 一种环糊精手性色谱固定相及其制备方法 - Google Patents
一种环糊精手性色谱固定相及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种环糊精手性色谱固定相,结构如通式(I)所示。其中,X为-OCH3或-OCH2CH3,n=1-7,R为-H,-CH3,-COCH3,-COC6H5,-CONHC6H5。所述固定相的制备方法为:在有机溶剂中加入硅烷偶联剂、叠氮化钠、催化剂,再加入球型硅制备胶叠氮基硅胶衍生物;在四氢呋喃中加入寡聚乙二醇、氢化钠、溴丙炔,制备双炔基寡聚乙二醇;以及制备含叠氮基的单取代原生态和衍生化环糊精;最后用点击化学反应(click chemistry)方法键合环糊精。本发明优点是:键合反应选择性高,表面键合量大;手性分离能力强,特别适用于反相模式下高效液相色谱手性分离;制备方法简单、步骤少,键合反应为点击化学反应,反应条件温和,在水溶液中进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种环糊精手性色谱固定相及其制备方法,具体地说是以寡聚乙二醇作为间隔臂,利用点击化学反应(click chemistry)作为键合方法制备环糊精手性色谱固定相。
背景技术
环糊精(以下简称CD)是一类由不同数目互为椅式构象的吡喃葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键键连而成的环状低聚糖,常见的为6,7,8聚体,即α,β,γ-CD。每个葡萄糖单元具有5个手性中心,由n个葡萄糖单元组成的CD具有5n个手性中心,为手性识别提供了良好的不对称环境。此外,CD分子上的2,3,6位羟基由于具有不同的反应活性,可对其进行选择性修饰,制备成不同性能的手性选择剂。对于环糊精手性固定相的制备,过去的研究中多用不同的脂肪族或芳香环作为间隔臂,将环糊精键合在硅胶表面[Tihamer Hargitai,Yuriko Kaida,Yoshio Okamato,J.Chromatogr.1993,628,11-22],并且这些类型的固定相也多在正相液相色谱模式下应用,拆分对象有限;近来,多数研究者用甲基、乙基、羟丙基等基团将环糊精修饰,在一定程度上改变了CD的水溶性、疏水性及立体选择性,进而增强其手性选择性。但目前这类衍生化的环糊精固定相虽然在正相和反相模式下都有应用,但对某些手性化合物由于保留时间的原因而不能进行手性分离。固体基质表面键合环糊精的方法受到了国内外学者的广泛关注,前期的研究中,化学键合方法主要是非选择性的键合反应,即同时将环糊精上的所有羟基或多个羟基进行衍生化,然后与硅胶表面的活性基团反应[D.W.Armstrong,US-Patent(1985)4539399],得到的分离材料表面键合量较高。但是,这些键合方法得到的是交联的环糊精固定相,其表面键合环糊精的结构在一定程度上被破坏,因而其手性分离能力也受到了一定影响。近年来,选择性的键合反应越来越受重视,即环糊精或其衍生物上只有一个或几个受限制的基团与硅胶表面的活性基团反应,得到的分离材料表面的环糊精能很好的保持其结构,其分离选择性也得到了较大的提高[Siu-Choon Ng,et al,Tetrahedron Lett.2002,43,677-681;Siu-Choon Ng,et al,Tetrahedron Lett.2004,45,4469-4472]。
寡聚乙二醇链作为连接臂在将糖和蛋白质固载在固体表面起着重要的作用[Xuelong Sun.Chery L.Stabler.et al.Bioconjugate chem.2006,17,52-57],这种链由于其特殊的结构,可以消除固体对糖和蛋白质的非特异性吸附,有利于糖和蛋白质等生物活性的保持。但寡聚乙二醇链作为环糊精手性固定相的间隔臂文献还未有过报道。
“点击化学”(click chemistry)是美国斯克利普斯研究所(Scripps ResearchInstitute)的K.B.Sharpless教授在2001年提出的一个合成化学概念[K.BarrySharpless,et al,Angew.Chem.Int.Ed.2001,40,2004-2021],已经被应用到制备高效液相色谱分离材料的研究中[Aiwen Lei and Xinmiao Liang,et al,Chem.Comm.2006,4512-4514],并且显示出潜在的优势。
发明内容
本发明的目的是:提供了一种自然态或者衍生化环糊精手性色谱固定相及其制备方法,提高环糊精手性色谱固定相在反相模式下的手性选择和分离性能。
为达到上述目的,采用的技术方案是:.一种环糊精手性色谱固定相,其特征在于:结构如通式(I)所示:
其中,X为-OCH3或-OCH2CH3,n=1-7,R为-CH3,-COCH3,-COC6H5,-CONHC6H5,环糊精为α-环糊精,β-环糊精,或γ-环糊精。
所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法步骤为:
1)叠氮基硅胶衍生物制备
在有机溶剂中按摩尔比1∶(1.2~3)∶(0.01~0.1)加入硅烷偶联剂、叠氮化钠和催化剂,于60~130℃条件下反应24小时,然后加入球型硅胶,每克硅胶所需硅烷偶联剂为2~8mmol,在60~130℃条件下继续反应24小时,用砂芯漏斗过滤,依次用二氯甲烷、乙醇、水、丙酮洗涤,所得固体真空干燥6~12小时,即得叠氮基硅胶衍生物;所用硅烷偶联剂有如下结构:
其中,X为-OCH3或-OCH2CH3,A为Cl-或Br-。
所用的有机溶剂为甲苯或N,N-二甲基甲酰胺,每克硅胶所需有机溶剂的量为10~30ml;所用的催化剂为碘化钠或者碘化钾;所用的球形硅胶是全多孔硅胶小球,粒径为5~40μm,孔径为60~并且经160℃加热6~18小时。
2)双炔基寡聚乙二醇的制备
在四氢呋喃中按摩尔比1∶(2~5)∶(2~5)加入寡聚乙二醇、氢化钠、溴丙炔,先在0~5℃反应1小时,再在室温下继续反应,直至用体积比为1∶1的正己烷/乙酸乙酯作为展开剂薄层色谱分离,高锰酸钾溶液显色法至薄层色谱板上仅有一个点时显示反应完全为止,最后加入水、乙酸乙酯萃取,通过硅胶色谱柱分离得到产品;所述双炔基寡聚乙二醇有如下结构:
其中,n=1~7。
3).含叠氮基的单取代原生态和衍生化环糊精制备
a.叠氮基原生态环糊精的制备:
在N,N-二甲基甲酰胺中按摩尔比为1∶(3~10)∶(0.2~1)加入单-6-对甲基苯磺酰基-环糊精,叠氮化钠,催化剂,于65℃反应24小时,然后将溶剂N,N二甲基甲酰胺体积浓缩至20%~80%,将浓缩后的反应体系倒入10~50倍体积的丙酮中,析出固体用水重结晶1~3次,即得单-6-叠氮基-环糊精;所用的环糊精为α-环糊精,β-环糊精,或γ-环糊精。
所得叠氮基环糊精的结构可表示为:
b.叠氮基衍生化环糊精的制备:
在吡啶中按摩尔比1∶(30~100)加入单-6-叠氮基-环糊精、乙酸酐,在80℃加热7小时。然后将溶剂旋干、水洗、真空干燥得到全乙酰化-单-6-叠氮基环糊精;反应中所述乙酸酐,可用碘甲烷、苯甲酰氯或者苯甲基异氰酸酯等衍生化试剂代替,制得相应的叠氮基衍生化环糊精。环糊精衍生化基团为甲基,乙酰基,苯甲酰基,N-苯基酰氨基。
所得叠氮基衍生化环糊精的结构如下:
4).点击化学反应(click chemistry)键合环糊精
将所述步骤1)制备的叠氮基硅胶衍生物加入水与甲醇或乙醇的混合溶剂中,再加入所述步骤2)制备的双炔基寡聚乙二醇、催化剂,所用的双炔基寡聚乙二醇摩尔比剂量是硅胶表面叠氮摩尔比剂量的3~10倍,催化剂为硫酸铜和抗坏血酸钠,所用摩尔剂量分别为双炔基寡聚乙二醇摩尔剂量的1%~10%和2%~40%;在室温反应24~36小时,用砂芯漏斗过滤,依次用乙醇、水、重量浓度2%~20%EDTA水溶液、水洗涤,将所得固体加入水与甲醇或乙醇的混合溶剂中,再加入所述步骤3)a制备的单-6-叠氮基-环糊精,或者由步骤3)b制备的叠氮基衍生化环糊精,加入量为硅胶表面叠氮摩尔计量的1~5倍,以及加入催化剂为硫酸铜/抗坏血酸钠,摩尔剂量分别为单-6-叠氮基-环糊精或者6-叠氮基全衍生化环糊精摩尔剂量的1%~10%和2%~40%;室温反应48~72小时,用砂芯漏斗过滤,依次用乙醇、水、重量浓度2%~20%EDTA水溶液、水、丙酮洗涤,所得固体真空干燥6~12小时,即键合型环糊精手性固定相。
所述混合溶剂中水与甲醇或乙醇的体积比为1/10~10/1,每克硅胶衍生物所需混合溶剂用量为20~100ml。
该键合反应可以表示为:
本发明具有如下优点:
1.手性分离能力强。得到的色谱分离材料具有很高的柱效和手性分离选择性,是一类分离性能很好的的手性色谱分离材料,特别适用于反相模式下高效液相色谱手性分离的应用。
2.键合反应选择性高,表面键合量大。由于click chemistry的反应选择性和反应转化率很高,在表面反应中表现出较大的优势,可以避免副反应的发生,同时提高表面反应效率,所以本发明制备键合型环糊精固定相是一种高选择性的制备方法,能够很好的保持硅胶表明环糊精的立体结构和功能,同时其表面键合量较高。
3.制备过程简单,键合反应条件温和,有利于实现商品化。与现有技术相比,本发明制备方法简单、步骤较少、中间体容易制备,最后一步键合反应(也是最关键的一步)为click chemistry反应,反应条件温和,在水溶液中进行。
附图说明
使用实施例1所制备环糊精手性色谱固定相色谱分离效果图:
图1对二氢黄烷酮的对映体分离效果图;
图2对苄氟噻嗪的对映体分离效果图。
具体实施方式
本发明所提供的环糊精手性色谱固定相结构新颖、性能特殊,特别适用于反相高效液相色谱的应用。制备这类固定相的键合反应选择性高,能很好的保持环糊精的结构,制备方法简便,适用范围较广,所制备的环糊精键合固定相表面键合率高。
本发明所述的固定相可有效地用于反相色谱模式下对手性化合物的分离。下面结合实施例和附图,对本发明做进一步说明。应当理解,实施例仅限于说明本发明,而不是对本发明的限定。
实施例1
步骤(1)在1000ml三口烧瓶中加入400ml无水N,N二甲基甲酰胺,45mmol(10ml)3-氯丙基三乙氧基硅烷,60mmol(4.0g)叠氮化钠,然后加入3.0mmol碘化钠(0.5g)作为催化剂,80℃反应24h,然后加入粒径为5μm孔径为的球形硅胶颗粒20g,80℃下再反应24h,然后依次用二氯甲烷,乙醇,水,丙酮各洗涤两次,每次200ml,真空干燥12小时即得(3-丙基)叠氮基硅胶。
步骤(2)250ml的三口烧瓶在氮气保护下加入100ml四氢呋喃,20mmol(4.00g)四聚乙二醇,在0℃下加入43mmol(1.73g)80%氢化钠,并加入45mmol(3.5ml)溴丙炔。0-5℃下反应1小时,接着在室温下反应,,用正己烷/乙酸乙酯(V∶V=1∶1)作为展开剂,利用薄层色谱分离,高锰酸钾溶液显色法检测反应是否完全,若薄层色谱板仅有一个点时则反应完全。反应体系加入水,用乙酸乙酯萃取。取有机相,将溶剂蒸出。再过色谱柱分离得双炔四聚乙二醇。
步骤(3)a于50ml的三口烧瓶中加入15ml N,N-二甲基甲酰胺,然后加入7.76mmol(10g)单-6-对甲基苯磺酰基-β-环糊精,76mmol(7.6g)叠氮化钠和4.66mmol(0.78g)碘化钾催化剂,加热至65℃反应24小时。将溶剂N,N-二甲基甲酰胺浓缩到5ml,倒入100ml丙酮中析出固体。固体用水重结晶即得产品单-6-去氧-β-叠氮基环糊精。
步骤(4)250ml圆底烧瓶中加入3mmol(2.5g)(3-丙基)叠氮基硅胶,再加入甲醇80ml,水80ml,加入双炔四聚乙二醇12mmol(3.24g),再加入0.3mmol(0.075g)硫酸铜和0.9mmol(0.18g)抗坏血酸钠作为催化剂,室温下反应48h,依次用乙醇、水、重量浓度2%~20%EDTA水溶液、水洗涤,每次200ml,洗涤后的固体加入250ml圆底烧瓶中,再加入甲醇80ml、水80ml、5.17mmol(6g)单-6-去氧-叠氮基-环糊精,然后加入0.075g硫酸铜和0.18g抗坏血酸钠作为催化剂,室温下反应48h,依次用乙醇,水,10%的EDTA水溶液,水,丙酮各洗涤两次,每次100ml,真空干燥12小时即得产品,结构为:
实施例2
在实施例1步骤(1)中(3-丙基)叠氮基硅胶制备过程中,将反应温度80℃改变为60℃,或改变为130℃,其它步骤均按实施例1操作,也可得实施例1中的环糊精手性色谱固定相。
实施例3
在实施例1步骤(1)(3-丙基)叠氮基硅胶制备过程中,采用400ml甲苯替换实施例1中的溶剂N,N-二甲基甲酰胺,其它按实施例l的步骤操作,也可得实施例1中的环糊精手性色谱固定相。
实施例4
在实施例1步骤(1)(3-丙基)叠氮基硅胶制备过程中,采用200ml溶剂(或用600ml溶剂)N,N-二甲基甲酰胺替换实施例1中的400ml溶剂N,N-二甲基甲酰胺,其它按实施例1的步骤操作,也可得实施例1中的环糊精手性色谱固定相。
实施例5
在实施例1步骤(1)(3-丙基)叠氮基硅胶制备过程中,采用45mmol(12ml)3-溴丙基三乙氧基硅烷作为硅烷偶联剂代替实施例1中的3-氯丙基三乙氧基硅烷,其它按实施例1的步骤操作,也可得实施例1中的环糊精手性色谱固定相。
实施例6
在实施例1步骤(1)(3-丙基)叠氮基硅胶制备过程中,采用碘化钾代替实施例1中的催化剂碘化钠,其它按实施例1的步骤操作,也可得实施例1中的环糊精手性色谱固定相。
实施例7
在实施例1步骤(3)a,采用7.76mmol(8.6g)单-6-对甲基苯磺酰基-α-环糊精代替实施例1中的单-6-对甲基苯磺酰基-β-环糊精,其它按实施例1的步骤操作,也可得另一种环糊精手性色谱固定相,其结构为:
实施例8
在实施例1步骤(3)a,采用7.76mmol(11.1g)单-6-对甲基苯磺酰基-γ-环糊精代替实施例1中的单-6-对甲基苯磺酰基-β-环糊精,其它按实施例1的步骤操作,也可得另一种环糊精手性色谱固定相,其结构为:
实施例9
采用20mmol(2.12g)二聚乙二醇替换实施例1中的四聚乙二醇,其它按实施例1的步骤操作,也可得另一种环糊精手性色谱固定相,其结构为:
实施例10
采用20mmol(7.4g)八聚乙二醇代替实施例1中的四聚乙二醇,其它按实施例1的步骤操作,也可得另一种环糊精手性色谱固定相,其结构为:
实施例11
采用45mmol(11ml)3-氯丙基三甲氧基硅烷代替实施例1中的3-氯丙基三乙氧基硅烷,其它按实施例1的步骤操作,也可得另一种环糊精手性色谱固定相,其结构为:
实施例12
实施例13
实施例14
步骤(1)制备(3-丙基)叠氮基硅胶和步骤(2)制备双炔四聚乙二醇合成步骤同实施例1,以下操作改为:
步骤(3)b在100ml单口烧瓶加入8.6mmol(10g)单-6-去氧-β-叠氮基环糊精,乙酸酐320mmol(30ml),吡啶50ml,在80℃加热7小时,然后将溶剂旋干、用水洗、真空干燥得到全乙酰化-单-6-去氧-β-叠氮基环糊精。
步骤(4)250ml圆底烧瓶中加入3mmol(2.5g)(3-丙基)叠氮基硅胶,再加入甲醇80ml,水80ml,加入双炔四聚乙二醇12mmol(3.24g),再加入0.3mmol(0.075g)硫酸铜和0.9mmol(0.18g)抗坏血酸钠作为催化剂,室温下反应48h,依次用乙醇,水,重量浓度2-20%EDTA水溶液,水洗涤,每次200ml,洗涤后的固体加入250ml圆底烧瓶中,再加入甲醇100ml,水20ml,再加入9.23mmol(12g)全乙酰化-单-6-去氧-β-叠氮基环糊精,然后加入0.075g硫酸铜和0.18g抗坏血酸钠作为催化剂,室温下反应48h,依次用乙醇,水,10%的EDTA水溶液,水,丙酮各洗涤两次,每次100ml,真空干燥12小时即得产品,结构为:
实施例15
与实施例14不同之处在于,采用320mmol(35ml)苯基异氰酸酯代替实施例14中的乙酸酐,其它按实施例14的合成步骤可得另一种环糊精衍生物键合手性色谱固定相,结构为:
实施例16
与实施例17不同之处在于,采用320mmol(37ml)苯甲酰氯代替实施例14中的乙酸酐,其它按实施例14的合成步骤可得另一种环糊精衍生物键合手性色谱固定相,结构为:
实施例17
与实施例14不同之处在于,采用320ml(20ml)碘甲烷代替实施例14中的乙酸酐,其它按实施例14的合成步骤可得另一种环糊精衍生物键合手性色谱固定相,结构为:
使用实施例1所制备的环糊精手性色谱固定相,经红外光谱和元素分析进行结构和键合量表征,用匀浆法填装4.6*150mm不锈钢色谱柱,在反相色谱模式下分离二氢黄烷酮和苄氟噻嗪消旋体。以乙腈/水作为流动相,两类化合物的对映体得到了分离(如图1和图2所示)。
图1是对二氢黄烷酮的对映体分离效果图。所用色谱条件为:流动相乙腈∶水=25∶75,流速:1ml/min;柱温:30℃;检测波长:254nm。
图2是对苄氟噻嗪的对映体分离效果图。所用色谱条件为:流动相乙腈∶水=25∶75,流速:1ml/min;柱温:30℃;检测波长:254nm。
Claims (11)
2.按照权利要求1所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法,其特征在于,步骤为:
1).叠氮基硅胶衍生物制备
叠氮基硅胶衍生物的制备:在有机溶剂中按摩尔比1∶(1.2~3)∶(0.01~0.1)加入硅烷偶联剂、叠氮化钠和催化剂,于60~130℃条件下反应24小时,然后加入球型硅胶,每克硅胶所需硅烷偶联剂为2~8mmol,在60~130℃条件下继续反应24小时,用砂芯漏斗过滤,依次用二氯甲烷、乙醇、水、丙酮洗涤,所得固体真空干燥6~12小时,即得叠氮基硅胶衍生物;
2).双炔基寡聚乙二醇的制备
在四氢呋喃中按摩尔比1∶(2~5)∶(2~5)加入寡聚乙二醇、氢化钠、溴丙炔,先在0~5℃反应1小时,再在室温下继续反应,直至用体积比为1∶1的正己烷/乙酸乙酯作为展开剂薄层色谱分离,高锰酸钾溶液显色法显示反应完全为止,最后加入水、乙酸乙酯萃取,通过硅胶色谱柱分离得到产品;
3).含叠氮基的单取代原生态和衍生化环糊精制备
a.叠氮基原生态环糊精的制备:
在N,N-二甲基甲酰胺中按摩尔比为1∶(3~10)∶(0.2~1)加入单-6-对甲基苯磺酰基-环糊精,叠氮化钠,催化剂,于65℃反应24小时,然后将溶剂N,N二甲基甲酰胺体积浓缩至20%~80%,将浓缩后的反应体系倒入10~50倍体积的丙酮中,析出固体用水重结晶1~3次,即得单-6-叠氮基-环糊精;
b.叠氮基衍生化环糊精的制备:
在吡啶中按摩尔比1∶(30~100)加入单-6-叠氮基-环糊精、乙酸酐,在80℃加热7小时。然后将溶剂旋干、水洗、真空干燥得到全乙酰化-单-6-叠氮基环糊精;
4).点击化学反应(click chemistry)键合环糊精
将所述步骤1)制备的叠氮基硅胶衍生物加入水与甲醇或乙醇的混合溶剂中,再加入所述步骤2)制备的双炔基寡聚乙二醇、催化剂,所用的双炔基寡聚乙二醇摩尔比剂量是硅胶上的叠氮基摩尔比剂量的3~10倍,催化剂为硫酸铜和抗坏血酸钠,所用摩尔剂量分别为双炔基寡聚乙二醇摩尔剂量的1%~10%和2%~40%;在室温反应24~36小时,用砂芯漏斗过滤,依次用乙醇、水、重量浓度2%~20%EDTA水溶液、水洗涤,将所得固体加入水与甲醇或乙醇的混合溶剂中,再加入所述步骤3)a制备的单-6-叠氮基-环糊精,或者由步骤3)b制备的叠氮基衍生化环糊精,加入量为硅胶表面叠氮摩尔计量的1~5倍,以及加入催化剂为硫酸铜/抗坏血酸钠,摩尔剂量分别为单-6-叠氮基-环糊精或者6-叠氮基全衍生化环糊精摩尔剂量的1%~10%和2%~40%;室温反应48~72小时,用砂芯漏斗过滤,依次用乙醇、水、重量浓度2%~20%EDTA水溶液、水、丙酮洗涤,所得固体真空干燥6~12小时,即键合型环糊精手性固定相。
3.按照权利要求2所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤1)所用的有机溶剂为甲苯或N,N-二甲基甲酰胺;每克硅胶所需有机溶剂的量为10~30ml。
5.按照权利要求2所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤1)所用的球形硅胶是全多孔硅胶小球,粒径为5~40μm,孔径为60~且经160℃加热6~18小时。
6.按照权利要求2所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤1)中所用的催化剂为碘化钠或者碘化钾。
8.按照权利要求2所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤3)a中所用的环糊精为α-环糊精,β-环糊精,或γ-环糊精。
9.按照权利要求2所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤3)b中环糊精衍生化基团为甲基,乙酰基,苯甲酰基,N-苯基酰氨基。
10.按照权利要求2所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤3)b反应中所述乙酸酐,可用碘甲烷、苯甲酰氯或者苯甲基异氰酸酯衍生化试剂代替,制得相应的叠氮基衍生化环糊精。
11.按照权利要求2所述一种环糊精手性色谱固定相的制备方法,其特征在于:所述步骤4)中混合溶剂中水与甲醇或乙醇的体积比为1/10~10/1,每克硅胶衍生物所需混合溶剂用量为20~100ml。
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